Ökosysteme: Stickstoff, Kohlenstoff und Bodenbildung

Der Stickstoffkreislauf

Stickstoff bildet 78 % der Luft. Im Boden und im Wasser gibt es nur wenig davon; dort ist er Teil von Salzen oder Ammoniak. Nur sehr wenige Organismen können Stickstoff direkt aus der Luft verwenden. Der Weg des Stickstoffs in der Natur verläuft wie folgt:

1. Nur Pflanzen, die in Wasser gelösten Stickstoff aufnehmen, bilden durch Photosynthese organische Verbindungen wie Proteine.
2. Einige Bakterien sind in der Lage, den Stickstoff aus der Luft aufzunehmen und ihn in Verbindungen umzuwandeln, die Pflanzen nutzen können.
3. Diese Bakterien können im Boden oder in Symbiose in den Wurzeln der Pflanzen leben.
4. Stickstoffreiche organische Verbindungen wie Proteine werden über die Nahrung an die Verbraucher weitergegeben. Nach dem Tod oder durch Kot gelangt der Stickstoff wieder in den Boden.
5. Der Stickstoff aus Detritus wird durch die Zersetzung von Bakterien in Nitrate umgewandelt, die von den Erzeugern genutzt werden. Andere Bakterien bauen das Nitrat im Boden ab und geben es wieder an die Atmosphäre ab. Zudem kann Stickstoff aus der Luft in anorganischen Dünger umgewandelt werden, der auf den Boden ausgebracht wird und so in den natürlichen Stickstoffkreislauf gelangt.

Der Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff ist das wichtigste chemische Element der belebten Materie und kommt auch in anorganischer Materie reichlich vor.

1. Pflanzen, Algen und photosynthetische Bakterien fangen durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft ein oder nutzen das in Wasser gelöste CO2 und wandeln es in organische Verbindungen um.
2. Dieser Kohlenstoff bewegt sich durch die Nahrung von einer Ebene zur anderen.
3. Er gelangt durch die Atmung von Lebewesen als Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre.
4. Die Überreste von Organismen, die begraben werden, werden in Kohle oder Öl umgewandelt.
5. Atmosphärisches CO2 stammt aus der Verbrennung von pflanzlichen Stoffen, aus Vulkanen sowie der Verbrennung von Kohle und Öl.
6. Marine Organismen enthalten ebenfalls Kohlenstoff. Sie nutzen das im Wasser gelöste CO2, um ihre Gehäuse zu bilden, und kehren nach dem Absterben zum Boden zurück.

Veränderungen nach einem Brand

Das Feuer wirkt häufig in der mediterranen Macchia. Einige Pflanzen dieses Waldes sind Pyrophyten, das heißt, sie regenerieren sich rasch nach einem Brand.

1. Nach einem Brand überleben im Untergrund nur die Pflanzenteile der Pyrophyten sowie Samen. Der Boden ist beschädigt und der Humus verschwindet.
2. Wenn der Boden nicht völlig zerstört wurde, beginnt die Phase der Weide: Krautige Pflanzen regenerieren sich.
3. In den nächsten 10 oder 15 Jahren überwiegen Sträucher; verbrannte Stämme zersetzen sich und die Anzahl der Bodentiere steigt, was den Boden bereichert.
4. Es dominieren große Sträucher; Kiefern benötigen 30 oder 35 Jahre länger. Zudem erscheinen Säugetiere wie der Fuchs.
5. Die vollständige Regeneration des Waldes dauert ca. 50 bis 60 Jahre.

Der Boden als Ökosystem

Der Boden ist ebenfalls ein Ökosystem. Seine Komponenten sind:

• Anorganische Materie: Felsbrocken, Luft, Wasser und Hohlräume.
• Organisches Material: Bakterien, Pilze, kleine Tiere. Nicht zersetzte Reste von Organismen sowie Humus (teilweise zerfallenes organisches Material).

Die Bildung des Bodens

Die Bodenbildung ist ein langsamer und komplizierter Prozess. In einem ausgereiften Boden gibt es verschiedene Schichten, die Bodenhorizonte genannt werden. Jeder Horizont hat eine andere Zusammensetzung. Ein Querschnitt durch diese Schichten wird als Profil bezeichnet.

Phasen der Bodenbildung

1. Ausgangsgestein: Änderungen der Temperatur, Luft und Wasser lassen den Fels brechen, verändern die Zusammensetzung und bauen ihn ab. Flechten siedeln sich auf der Oberfläche des Gesteins an.
2. Junger Boden: Hunderte von Jahren später ermöglicht die kombinierte Wirkung von Wasser, Luft und lebenden Organismen wie Flechten, Moosen und Mikroorganismen die Bildung eines jungen Bodens, auf dem anspruchslose Kräuter und Gräser wachsen können.
3. Reifer Boden: Einige tausend Jahre später sind auch tiefere Gesteinsschichten betroffen, wodurch der Boden dicker wird. Die Erde wurde mit organischer Substanz angereichert und es hat sich ein reifer Boden gebildet.